土—桩—结构相互作用体系的非线性地震反应分析

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目前,关于软土场地上土-结构动力相互作用对整体结构反应的影响的研究,还存在不足。在已有的分析中,大多对地基土、上部结构或接触效应进行了一定地简化,这种简化对于准确地反映体系的非线性反应是不利的。论文建立了较精确的土-桩-结构非线性数值模型,并对模型的合理性进行了数值验证。以软土场地上支承于桩基上的五层钢筋混凝土框架结构为例,采用二维整体有限元方法,考察了土-桩-结构体系各个部分(桩基、地基土、上部结构)在地震动作用下的弹塑性反应规律,对体系进行了参数敏感性分析,并采用19条波,考察了输入地震波频谱特性对分析结果的影响。主要研究工作如下:   1.探讨了将三维桩-土-结构相互作用问题转化为二维的方法--线性缩放材料属性法,提出了动力弹塑性分析中需要缩放的参数:材料弹性模量、材料密度、材料应力-应变本构曲线中的应力值、桩土间摩擦系数等。   2.基于ABAQUS有限元分析平台,建立了能考虑土-桩-框架结构体系内部各种非线性因素的精细有限元分析模型,包括上部结构(框架)的非线性、桩基的非线性、土体的非线性及桩土接触非线性。分别采用损伤塑性模型和记忆型粘塑性嵌套面模型模拟混凝土和土体,利用rebar单元模拟混凝土内部的钢筋。通过模型参数敏感性分析,讨论了参数的取值方法。   3.以Loma Prieta波为例,详细考察了桩基、地基土及上部结构的弹塑性反应规律,并着重考察了桩土接触效应对体系各部分反应的影响。指出了地基一结构系统动力分析中应该注意的事项。   4.以19条不同频谱特性的地震波作为输入,对土-桩-框架结构相互作用体系进行了参数敏感性分析,这些参数包括地震波的频谱、强度、桩径及桩-土接触面处理方法等,并初步分析了离散性的原因。   本课题是江苏省自然科学基金项目“强震作用下高层建筑结构动力失稳与抗倒塌研究”的一部分。
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